運(yùn)控過電流保護(hù)

1、武漢工程大學(xué)課程設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書題 目： PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化02班 學(xué) 號(hào)： 1004150205 姓 名： 丁俊成 指導(dǎo)教師： 文小玲 王振 成 績(jī)： 2013年6月21日至7月2日轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Current double closed loop speed control PWM reversible dc speed control system design學(xué) 生 姓 名: 丁俊成 指 導(dǎo) 教 師: 文小玲 王振 課程設(shè)計(jì)量化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo)分值評(píng)分要素得分設(shè)計(jì)完成情況30能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料

2、，提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；設(shè)計(jì)方案選擇合理，分析、設(shè)計(jì)正確，原理清楚；獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果，有實(shí)用價(jià)值。 報(bào)告質(zhì)量20報(bào)告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯嚴(yán)密，論述層次清晰，語言流暢，表達(dá)準(zhǔn)確，重點(diǎn)突出，報(bào)告完全符合規(guī)范化要求。 工作量、工作態(tài)度20工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)。答辯成績(jī)30思路清晰；語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)；回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。 總 評(píng) 成 績(jī) 答辯記錄答辯時(shí)間： 答辯地點(diǎn)：摘 要直流調(diào)速系統(tǒng)是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式，它具有良好的

3、起、制動(dòng)性能，可以在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，較快的零動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，并且低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)力矩大這些極好的運(yùn)行性能和控制特性，長(zhǎng)期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)著重要地位。從市場(chǎng)的角度來看，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。所以在直流調(diào)速系統(tǒng)電氣傳動(dòng)中獲得了廣泛應(yīng)用。本文從直流電動(dòng)機(jī)的工作原理入手，建立了PWM雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并詳細(xì)分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)主電路、鋸齒波產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電源、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路、電流調(diào)節(jié)器電路、PWM波生成電路、橋式

4、可逆直流脈寬系列電路及轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路的具體實(shí)現(xiàn)。然后按照自動(dòng)控制原理，對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算，利用MATLAB中的Simulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了各種參數(shù)給定下的仿真，通過仿真獲得了參數(shù)整定的依據(jù)。 關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；H橋驅(qū)動(dòng)電路；PWM控制；模擬調(diào)節(jié)器；MATLAB I Abstract  DC speed control system is the main form of the automatic speed r

5、egulation system,it has a good starting and brake performance,can be in a wider range of speed regulation of smooth realized in speed,fast dynamic response process,and low

6、0;speed running torque these excellent performance and control characteristic,but for a long time,DC speed control system has been occupies an important position. From a market

7、0;perspective,DC speed control system in theory and practice are more mature, from the point of view of the control technology,it is the foundation of ac speed adjustment

8、 system. So in dc speed control system in electric transmission won the widely used. This article from the working principle of dc machines,a PWM double closed loop&

9、#160;reversible dc speed control system,and the mathematical model of detailed analysis of system principle and the static and dynamic performance. In the theory analysis and 

10、simulation research,and on the basis of design a set of experiments with double closed loop dc speed control system,detailed introduces system main circuit,sawtooth wave produces&#

11、160;circuit,benchmark power supply, rotate speed adjustment circuit,current regulator circuit,PWM waves generated circuit,bridge type reversible dc speed pulse width series circuit and the r

12、ealization of a detection circuit. Then according to automatic control theory,double closed loop speed regulation system,the design parameters of analysis and calculation,the use of

13、0;MATLAB of Simulink of the system parameters to the set of the simulation,through the simulation won the parameters setting the basis.  Keywords: Double closed-loop irreversible dc speed re

14、gulating system; H bridge driver circuit; PWM control ；Simulation regulator; MATLAB；目 錄1 緒論11.1 選題背景與意義11.2 課題研究意義21.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求32系統(tǒng)組成及基本原理52.1直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理52.2 雙閉環(huán)調(diào)速的過程和工作原理62.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成72.4 主電路圖72.5 H橋可逆PWM變換器92.6 保護(hù)電路113設(shè)計(jì)內(nèi)容123.1設(shè)計(jì)目的123.2系統(tǒng)過流過壓產(chǎn)生的主要原因123.3方案的論證123.4過電流保護(hù)電路及工作原

15、理133.5電路結(jié)構(gòu)元器件的選擇133.6參數(shù)的計(jì)算及電阻的選取173.7元器件清單183.8電路特點(diǎn)184總 結(jié)195參考文獻(xiàn)2020 1 緒論直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，高性能交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào)速系統(tǒng)正逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。然而，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)畢竟在理論和實(shí)踐上都比較成熟，而且基于以上優(yōu)點(diǎn)，直流調(diào)速系統(tǒng)的研究依然有很大的現(xiàn)實(shí)意義。1.1 選題背景與意義直流傳動(dòng)具有良好的調(diào)速特性和轉(zhuǎn)矩控制性能，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較早并沿用至今。早期直流傳動(dòng)采用有接點(diǎn)控制，通過開

16、關(guān)設(shè)備切換直流電動(dòng)機(jī)電樞（直流電機(jī)電樞為轉(zhuǎn)子）或磁場(chǎng)回路電阻實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速（有級(jí)調(diào)速說白了就是掛擋）。1930年以后出現(xiàn)電機(jī)放大器控制的旋轉(zhuǎn)交流機(jī)組供電給直流電動(dòng)機(jī)（由交流電動(dòng)機(jī)M和直流發(fā)電機(jī)G構(gòu)成，簡(jiǎn)稱GM系統(tǒng)），以后又出現(xiàn)了磁放大器和汞弧整流器供電等，實(shí)現(xiàn)了直流傳動(dòng)的無接點(diǎn)控制。其特點(diǎn)是利用了直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入電壓有著簡(jiǎn)單的比例關(guān)系的原理，通過調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流或汞弧整流器的觸發(fā)相位來獲得可變的直流電壓供給直流電動(dòng)機(jī)，從而方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但這種調(diào)速方法后來被晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)所取代，至今已不再使用。1957年晶閘管問世后，采用晶閘管相控裝置的可變直流電源一直在直流傳

17、動(dòng)中占主導(dǎo)地位。由于電力電子技術(shù)與器件的進(jìn)步和晶閘管系統(tǒng)具有的良好動(dòng)態(tài)性能，使直流調(diào)速系統(tǒng)的快速性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性不斷提高，在20世紀(jì)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)成為調(diào)速傳動(dòng)的主流。正在逐步推廣應(yīng)用的微機(jī)控制的全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)具有高精度、寬范圍的調(diào)速控制，代表著直流電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。直流傳動(dòng)之所以經(jīng)歷多年發(fā)展仍在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵在于它能以簡(jiǎn)單的手段達(dá)到較高的性能指標(biāo)。自19世紀(jì)80年代起至19世紀(jì)末以前，工業(yè)上傳動(dòng)所用的電動(dòng)機(jī)一直以直流電動(dòng)機(jī)為唯一方式。到了19世紀(jì)末，出現(xiàn)了三相電源和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用的交流籠型電動(dòng)機(jī)以后，交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)在不調(diào)速的場(chǎng)合才代替了直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置。然而，隨

18、著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，調(diào)速對(duì)變速傳動(dòng)裝置是一項(xiàng)基本的要求，現(xiàn)代應(yīng)用的許多變速傳動(dòng)系統(tǒng)，在滿足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)（無級(jí)）調(diào)速的同時(shí)，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。雖然直流電動(dòng)機(jī)可以滿足這些要求，但由于直流電動(dòng)機(jī)在容量、體積、重量、成本、制造和運(yùn)行維護(hù)方面都不及交流電動(dòng)機(jī)，所以長(zhǎng)期以來人們一直渴望開發(fā)出交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)代替直流電動(dòng)機(jī)。隨著電力電子學(xué)與電子技術(shù)的發(fā)展，特別是電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，使得采用半導(dǎo)體變流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。尤其是70年代以來，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，促進(jìn)了各種類型交流調(diào)速系統(tǒng)：如串級(jí)

19、調(diào)速系統(tǒng)，變頻調(diào)速系統(tǒng)，無換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以及矢量控制調(diào)速系統(tǒng)等的飛速發(fā)展。1.2 課題研究意義 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律，性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。首先，應(yīng)掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及其靜特性；然后，在建立該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，從起動(dòng)和抗擾兩個(gè)方面分析其性能和轉(zhuǎn)速與電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用；第三，研究一般調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法，和經(jīng)典控制理論的動(dòng)態(tài)校正方法相比，得出該設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，即計(jì)算簡(jiǎn)便、應(yīng)

20、用方便、容易掌握；第四，應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法解決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)問題等等。就目前而言，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式，在許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙等需要高性能調(diào)速的場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，其主要特點(diǎn)是：常規(guī)的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中大量硬件可用軟件代替，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了電子元件虛焊、接觸不良和漂移等引起的一些故障，而且維修方便；動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整方便；系統(tǒng)可以方便的設(shè)計(jì)監(jiān)控、故障自診斷、故障自動(dòng)復(fù)原程序，以提高系統(tǒng)的可靠性；可采用數(shù)字濾波來提高系統(tǒng)的抗干擾性能；可采用數(shù)字反饋來提高系統(tǒng)的精度；容易與上一級(jí)計(jì)算機(jī)交換信息

21、；具有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信的功能；成本較低。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此，應(yīng)首先著重研究直流調(diào)速系統(tǒng)，這樣才可在掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論下更好的對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究和探索。通過對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對(duì)其各種性能加深了解的同時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對(duì)該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場(chǎng)合，提高其使用效率。并以此為基礎(chǔ)，再對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究，最終掌握各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，使之能夠應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和

22、要求 1題目：PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2要求 設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。 電動(dòng)機(jī)控制電源采用H型PWM功率放大器，其占空比變化為00.51時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出電壓為-264V0264V，為電機(jī)提供最大電流25A。速度檢測(cè)采用光電編碼器（光電脈沖信號(hào)發(fā)生器），且其輸出的A、B兩相脈沖經(jīng)光電隔離辯相后獲得每轉(zhuǎn)1024個(gè)脈沖角度分辨力和方向信號(hào)。電流傳感器采用霍爾電流傳感器，其原副邊電流比為1000：1，額定電流50A。已知：（1）直流電動(dòng)機(jī)：PN = 3 kW，nN = 1500 r/min，UN = 220 V，IN = 17.3 A，電樞回路總電阻R=2.5，電磁時(shí)間常數(shù)

23、Tl=0.017s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.076s，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.1352V/（r.min-1 )；（2）H型3 F; b8 r3 C( v. m3 X大學(xué)設(shè)計(jì),大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件+ B0 E8 l" d( m+ E# r0 p  I$ u) W' P+ U. a( Q. 2   x7 P3 k課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,習(xí)題答案,課件PPTPWM功率變換器：工作頻率為2kHz，采用單極性/雙極性工作方式；（3）直流電源電壓：264V；（4）主要技術(shù)指標(biāo)：調(diào)速范圍為0-1500

24、r/min， 電流過載倍數(shù)為1.5倍，速度控制精度 0.1% （額定轉(zhuǎn)速時(shí)）。3內(nèi)容（1）完成系統(tǒng)理論與仿真分析1）進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算，完成轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)；2）利用Matlab/Simulink建立系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能（給定輸入的跟隨性能和負(fù)載與電網(wǎng)電壓擾動(dòng)下的抗擾性能）進(jìn)行仿真分析。（2）完成系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計(jì)（包括電路原理圖設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、元器件選型）1）主電路的設(shè)計(jì)；2）PWM脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)；3）轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計(jì)；4）轉(zhuǎn)速、電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)；5）保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；6）輔助電源電路的設(shè)計(jì)。（3）PCB板的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試（根據(jù)

25、時(shí)間選做）4.任務(wù)：本文主要是在分析系統(tǒng)組成原理的基礎(chǔ)上，完成過電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，具體任務(wù)如下：（1）通過分析設(shè)計(jì)要求確定電路的結(jié)構(gòu)。（2）完成電路參數(shù)計(jì)算及其元器件的選型。（3）畫出電路電氣原理圖。2系統(tǒng)組成及基本原理直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的起、制動(dòng)性能，可以在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，并且低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)力矩大這些極好的運(yùn)行性能和控制特性，盡管它不如交流調(diào)速系統(tǒng)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造和維護(hù)方便、價(jià)格便宜。但是長(zhǎng)期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)重要地位。當(dāng)然近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，在許多場(chǎng)合正逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)。但是就目前來看，

26、在紡織印染、造紙印刷、數(shù)控機(jī)床、光纜線纜設(shè)備、包裝機(jī)械、電工機(jī)械、食品加工機(jī)械、橡膠機(jī)械、生物設(shè)備、焊接切割、輕工機(jī)械、物流輸送設(shè)備、機(jī)車車輛、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 2.1直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而

27、控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。本系統(tǒng)通過PWM控制芯片SG3525實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以由晶閘管直流電動(dòng)機(jī)（VM）組成的直流調(diào)速系統(tǒng)是目前應(yīng)用較普遍的一種電力傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。它在理論上實(shí)踐上都比較成熟，而且從閉環(huán)控制的角度看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此，調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系和用式

28、2.1表示 （2.1）式2.1中：n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； U電樞供電電壓； I電樞電流；R電樞回路總電阻，單位為；由電機(jī)機(jī)構(gòu)決定的電勢(shì)系數(shù)。在上式2.1中，是常數(shù)，電流I是由負(fù)載決定的，因此，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法： （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U； （2）減弱勵(lì)磁磁通； （3）改變電樞回路電阻R。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式最好。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；減弱勵(lì)磁磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速的范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以改變電壓調(diào)速為主。2.2 雙閉環(huán)調(diào)速的過程和工作原理雙閉環(huán)調(diào)

29、速系統(tǒng)的工作過程和原理：電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)階段，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速（電壓）低于給定值，速度調(diào)節(jié)器的輸入端存在一個(gè)偏差信號(hào)，經(jīng)放大后輸出的電壓保持為限幅值，速度調(diào)節(jié)器工作在開環(huán)狀態(tài)，速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓作為電流給定值送入電流調(diào)節(jié)器，此時(shí)則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號(hào)，直流電壓迅速上升，電流也隨即增大直到等于最大給定值，電動(dòng)機(jī)以最大電流恒流加速啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的最大電流（堵轉(zhuǎn)電流）可以通過整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來改變。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速后，速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號(hào)減小到近于零，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)，閉環(huán)調(diào)節(jié)開始起作用。對(duì)負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，速度調(diào)節(jié)器輸入端產(chǎn)生的偏差信號(hào)

30、將隨時(shí)通過速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器來修正觸發(fā)器的移相電壓，使整流橋輸出的直流電壓相應(yīng)變化，從而校正和補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差。另外電流調(diào)節(jié)器的小時(shí)間常數(shù)，還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動(dòng)引起的電動(dòng)機(jī)電樞電流的變化進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，可以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還未來得及發(fā)生改變時(shí)，迅速使電流恢復(fù)到原來值，從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。2.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。兩者之間實(shí)行嵌套連接，如圖2.1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，

31、電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)其中：ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR電流調(diào)節(jié)器，T測(cè)速發(fā)電機(jī)，TA電流互感器，UPE電力電子變化裝置，轉(zhuǎn)速給定電壓，轉(zhuǎn)速反饋電壓，電流給定電壓 ，電流反饋電壓。2.4 主電路圖H橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖所示。PWM逆變器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓=264V，由于電容量較大，突加電源時(shí)相當(dāng)短路，勢(shì)必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管。為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間串入限流電阻（或電抗），合上電源以后

32、，延時(shí)用開關(guān)將短路，以免在運(yùn)行中造成附加損耗。 圖2.2 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路緩沖電路的設(shè)計(jì) 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)在每個(gè)晶閘管處并聯(lián)一個(gè)RCD電路組成的緩沖電路 緩沖電路又稱為吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的過電壓或者過電流，減小器件的開關(guān)損耗。在無緩沖電路的情況下，絕緣柵雙極晶體管V開通時(shí)電流迅速上升， 很大，關(guān)斷時(shí)很大，并出現(xiàn)很高的過電壓。在有緩沖電路的情況下，V開通時(shí)緩沖電容先通過向V放電，使電流先上一個(gè)臺(tái)階, 的上升速度減慢。 加入RCD緩沖電路主要是防止關(guān)斷時(shí)的過電壓，在V關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過向分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，抑制了和過電壓。因?yàn)殛P(guān)斷時(shí)電路中（含布線）電感的能量要釋放，所以

33、還會(huì)出現(xiàn)一定的過電壓，的分流使在晶閘管兩端電壓在開始上升的同時(shí)就下降，器件的關(guān)斷損耗對(duì)比無緩沖電路大大降低 圖2.3 充放電型RCD緩沖電路示意圖2.5 H橋可逆PWM變換器可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H型）電路，如圖2.4所示。圖2.4橋式可逆PWM變換器雙極式控制可逆PWM變換器的4個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖2.5所示。圖2.5 雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓、輸出電壓和電流波形它們之間的關(guān)系是：。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0t<ton時(shí)，Uab= Us，電樞電流id沿回路1流通；當(dāng)tont<T時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反相，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，。因此，在一個(gè)周期內(nèi)具

34、有正負(fù)相間的脈沖波形，這是雙極式名稱的由來。圖2.5也繪出了雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形。相當(dāng)于一般負(fù)載的情況，脈動(dòng)電流的方向始終為正；相當(dāng)于輕載情況，電流可在正負(fù)方向之間脈動(dòng)，但平均值仍為正，等于負(fù)載電流。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)則體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬度上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，ton>T/2，則Uab的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，反之，則反轉(zhuǎn)；如果正、負(fù)脈沖相等，t=T/2，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。圖2.3所示的波形是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的情況。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為： 若占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器相同，則在雙極式是可逆變換器中：就和不可逆變換器中的關(guān)系不一樣了

35、。調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為01，相應(yīng)的，。當(dāng)>1/2時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)<1/2時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)=1/2時(shí)，=0，電動(dòng)機(jī)停止。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而，電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗，這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點(diǎn)： （1）電流一定連續(xù)； （2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行； （3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； （4）低速平穩(wěn)性好，系

36、統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1：20000左右； （5）低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。為了克服上述缺點(diǎn)，可采用單極式控制，使部分器件處于常通或常斷狀態(tài)，以減少開關(guān)次數(shù)和開關(guān)損耗，提高可靠性，但系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能會(huì)略有降低。2.6 保護(hù)電路該電路由運(yùn)算放大器組成比較電路,D觸發(fā)器組成雙穩(wěn)態(tài)記憶電路 或門組成的邏輯電路及 T1、XD1組成的顯示電路 4個(gè)單元構(gòu)成。當(dāng)中頻靜止逆變電源處于正常工

37、作時(shí), 輸入比較器同相端的電流信號(hào)形成的輸入電壓小于反相端定值電壓 (即所要求的保護(hù)定值電壓 ) 運(yùn)算放大器輸出低電平,D觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài), Q端為 / 00, 邏輯門輸出則為低電平, T1反偏而截止, XD1不亮。同理 或門2輸出為/ 00, 輸出的控制端 為 / 00, 有整流觸發(fā)脈沖輸出。當(dāng)電流信號(hào)形成的輸入電壓 W1確定的定值電壓, 即保護(hù)值時(shí), 運(yùn)算放大器輸出高電平, 使D觸發(fā)器迅速翻轉(zhuǎn), Q端輸出/ 10, 并記憶故障信號(hào)。邏輯門亦輸出為高點(diǎn)平。T1正偏導(dǎo)通, 使 XD1點(diǎn)亮, 出過流信號(hào)指示。 或門2輸出高電平, 輸出端為 / 10, 封鎖了觸發(fā)脈沖輸出, 這樣整流橋失去觸發(fā)脈

38、沖而輸出電壓為 / 00, 因此起到了保護(hù)作用。圖2.6 過電流保護(hù)電路3設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1設(shè)計(jì)目的保護(hù)電路是為了保護(hù)電機(jī)而設(shè)計(jì)的，防止在過電流的時(shí)候燒毀電機(jī)。晶閘管以其額定電流大、額定電壓高、效率高、反應(yīng)快以及體積小等優(yōu)點(diǎn), 作為中頻靜止逆變電源中主要元件而被選用, 但其缺點(diǎn)是過載能力低。因此, 在晶閘管中頻靜止逆變電源中, 為了使晶閘管免受大電流、高電壓的沖擊, 均設(shè)置了過流過壓保護(hù)電路。當(dāng)晶閘管中頻靜止電源用于金屬熔煉時(shí), 由于負(fù)載為時(shí)變性元件, 變化大, 情況比較復(fù)雜, 若保護(hù)不可靠, 速度慢, 故障一旦出現(xiàn), 晶閘管立即被損壞的現(xiàn)象常有發(fā)生。影響了整個(gè)設(shè)備的性能和使用, 因而保護(hù)電路顯得

39、尤為重要。3.2系統(tǒng)過流過壓產(chǎn)生的主要原因A逆變顛覆: 在無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中, 正反兩組可控硅整流裝置正常工作情況下總是一組處于整流狀態(tài) , 一組處干待逆變狀態(tài)。在逆變電路中必須依靠控制觸發(fā)脈沖移相角來加以轉(zhuǎn)換, 如果逆變角小于最小逆變角則會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流失敗產(chǎn)生逆變顛覆。顯而易見這種短路電流對(duì)可控硅及其元件的危害是很大的。B因元件故障而產(chǎn)生的分電流, 當(dāng)可控硅元件損壞時(shí), 如過電壓作用下PN 結(jié)擊穿, 反向電壓阻斷能力的喪失, 產(chǎn)生橋臂短路, 均能立即成為交流2至3相短路, 產(chǎn)生巨大過電流 。C觸發(fā)回路的故障亦是過流的原因, 當(dāng)觸發(fā)回路如有超過額定值很多的大信號(hào), 可使可控硅失去阻斷能力造成與元

40、件損壞一樣的故障。D供給的電功率或系統(tǒng)儲(chǔ)能發(fā)生了激烈的變化, 使系統(tǒng)無法及時(shí)轉(zhuǎn)換或者系統(tǒng)原積蓄的電磁能量不能及時(shí)消散而產(chǎn)生過流或過壓。3.3方案的論證保護(hù)電路把從電流、電壓采樣回路中所采取的電流和電壓信號(hào), 經(jīng)判斷后, 控制或封鎖整流橋觸發(fā)脈沖, 使得三相全控整流橋輸出電壓為零, 切斷了逆變橋電源的供給, 從而起到了保護(hù)整機(jī)的作用。3.4過電流保護(hù)電路及工作原理該電路由運(yùn)算放大器組成比較電路,D觸發(fā)器組成雙穩(wěn)態(tài)記憶電路 或門組成的邏輯電路及 T1、XD1組成的顯示電路 4個(gè)單元構(gòu)成。當(dāng)中頻靜止逆變電源處于正常工作時(shí), 輸入比較器同相端的電流信號(hào)形成的輸入電壓小于反相端定值電壓 (即所要求的保護(hù)

41、定值電壓 ) 運(yùn)算放大器輸出低電平,D觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài), Q端為 / 00, 邏輯門輸出則為低電平, T1反偏而截止, XD1不亮。同理 或門2輸出為/ 00, 輸出的控制端 為 / 00, 有整流觸發(fā)脈沖輸出。當(dāng)電流信號(hào)形成的輸入電壓 W1確定的定值電壓, 即保護(hù)值時(shí), 運(yùn)算放大器輸出高電平, 使D觸發(fā)器迅速翻轉(zhuǎn), Q端輸出/ 10, 并記憶故障信號(hào)。邏輯門亦輸出為高點(diǎn)平。T1正偏導(dǎo)通, 使 XD1點(diǎn)亮, 出過流信號(hào)指示。 或門2輸出高電平, 輸出端為 / 10, 封鎖了觸發(fā)脈沖輸出, 這樣整流橋失去觸發(fā)脈沖而輸出電壓為 / 00, 因此起到了保護(hù)作用。圖4.1 過電流保護(hù)電路 3.5電路

42、結(jié)構(gòu)元器件的選擇運(yùn)算放大器LM74運(yùn)算放大器使用說明及應(yīng)用物理量的感測(cè)在一般應(yīng)用中，經(jīng)常使用各類傳感器將位移、角度、壓力、與流量等物理量轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號(hào)，之后再由量測(cè)此電壓電流信號(hào)間接推算出物理量變化，以達(dá)成感測(cè)、控制的目的。但有時(shí)傳感器所輸出的電壓電流信號(hào)可能非常微小，以致信號(hào)處理時(shí)難以察覺其間的變化，故需要以放大器進(jìn)行信號(hào)放大以順利測(cè)得電流電壓信號(hào)，而放大器所能達(dá)成的工作不僅是放大信號(hào)而已，尚能應(yīng)用于緩沖隔離、準(zhǔn)位轉(zhuǎn)換、阻抗匹配、以及將電壓轉(zhuǎn)換為電流或電流轉(zhuǎn)換為電壓等用途。圖5.1放大器輸出入腳位圖電壓Vdc與Vdc，一旦于2、3腳位即兩輸入端間有電壓差存在，壓差即會(huì)被放大于輸出端，唯

43、Op放大器具有一特色，其輸出電壓值決不會(huì)大于正電源電壓Vdc或小于負(fù)電源電壓741運(yùn)算放大器使用時(shí)需于7、4腳位供應(yīng)一對(duì)同等大小的正負(fù)電源Vdc，輸入電壓差經(jīng)放大后若大于外接電源電壓Vdc至Vdc之范圍，其值會(huì)等于Vdc或Vdc，故一般運(yùn)算放大器輸出電壓均具有如圖GfA838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)GfA838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元圖5.2 放大器輸出入電壓關(guān)系圖 D觸發(fā)器的選取： 本次設(shè)計(jì)采用74LS74雙D觸發(fā)器其參數(shù)值如下：74LS74是一個(gè)雙D觸發(fā)器

44、，D觸發(fā)器的作用為記憶輸入。其特性方程為：表2-2 74LS74工作參數(shù)如下：電源電壓：5V輸入高電平電壓：2V輸入低電平電壓：0.8V輸出高電平電壓：2.7V輸出低電平電壓：0.5V輸出高電平電流：-400um輸出低電平電流：8uA輸入高電平電流：20uA 圖5.3 D觸發(fā)器的一般結(jié)構(gòu)SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)/SD=1且/RD=0時(shí),不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會(huì)使Q=0，Q非=1，即觸發(fā)器置0；當(dāng)/SD=0且/RD=1時(shí)，Q=1，Q非=0，觸發(fā)器置1,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作穩(wěn)

45、壓管的選取：前面運(yùn)算放大器的選取可知其輸出限幅植為15V，且D觸發(fā)器的輸入大于2V小于5V ，因此本設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓管采用TTL型的IN4732其穩(wěn)壓值為4.7V，（其具體的原理及參數(shù)如下）由此可推得穩(wěn)壓管接的分壓電阻為1K。穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。 這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用PN結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛的應(yīng)用。我們把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶?chǎng)合的二極管

46、。如圖畫出了穩(wěn)壓管的伏安特性及其號(hào)。                                                            圖5.4 穩(wěn)壓管原理圖或門的選取本次設(shè)計(jì)采用的或門為74LS32其參數(shù)值如下：表2-4 74LS32參數(shù)值電源電壓：5V輸入高電平電壓：2V輸入低電平電壓：0.8V輸出高電平電流：-800uA輸出低電平：16mA輸入嵌位電壓：-1.5V輸出高電平電壓：2.7V輸